專利名稱：大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體放電等離子體領(lǐng)域，涉及一種大面積均勻等離子體的電子密度控制裝置，可用于調(diào)節(jié)與穩(wěn)定大面積均勻等離子體中的電子密度，進(jìn)行電磁波在不同電子密度下的等離子體中的傳播實(shí)驗(yàn)。
背景技術(shù)：
研究電磁波在等離子體中的傳播特性，以及等離子體與電磁波的相互作用是宇宙飛行器再入、電離層研究、等離子體隱身技術(shù)等研究工作的基礎(chǔ)和關(guān)鍵內(nèi)容。在理論研究過(guò)程中，一般將等離子體假設(shè)為均勻且穩(wěn)定的，或者將等離子體按電子密度分層處理，在每一層內(nèi)電子密度是均勻且穩(wěn)定的。因此控制等離子體的電子密度長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定在設(shè)定值上有助于對(duì)等離子體電磁波傳播開(kāi)展實(shí)驗(yàn)研究，為理論研究提供驗(yàn)證。隨著等離子體發(fā)生器的工作，等離子體所處環(huán)境的溫度等條件都會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致電子密度也隨之發(fā)生變化，因此要實(shí)現(xiàn)等離子體電子密度長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定，就需要對(duì)等離子體實(shí)時(shí)測(cè)量并進(jìn)行反饋控制?，F(xiàn)有地面等離子體的產(chǎn)生裝置主要有激波管、電弧風(fēng)洞、等離子體噴焰和輝光放電等，它們對(duì)電子密度的控制都存在著難以克服的缺點(diǎn)1、激波管利用高壓強(qiáng)差產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫產(chǎn)生等離子體，持續(xù)時(shí)間極短，穩(wěn)定性極差，難以控制。2、電弧風(fēng)洞和等離子體噴焰產(chǎn)生的等離子體，雖然可以較長(zhǎng)時(shí)間的工作，電子密度可連續(xù)調(diào)節(jié)，也較為穩(wěn)定，但由于環(huán)境中存在高溫，其電子密度難以測(cè)量，一般采用估算方法確定，控制精度極低。3、利用輝光放電產(chǎn)生的等離子體雖然具有易于控制、無(wú)惡劣條件、電子密度可連續(xù)調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，但由于其根據(jù)經(jīng)驗(yàn)通過(guò)調(diào)節(jié)功率調(diào)節(jié)電子密度值，不加反饋控制，如附圖1所示，或者僅通過(guò)測(cè)量電極間的電壓，推導(dǎo)出電子密度，再進(jìn)行反饋控制，而等離子體的電子密度值除了與放電功率和電極間的電壓有關(guān)外，還與氣體溫度等其它隨時(shí)間緩慢變化著的因素有關(guān)，所以電子密度的長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性較差，控制精度較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提供一種大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，以同時(shí)滿足電子密度可連續(xù)調(diào)節(jié)、能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定和控制精度高的要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積均勻等離子體中電子密度的調(diào)節(jié)與穩(wěn)定。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，包括等離子體產(chǎn)生腔體、電源裝置和真空裝置，電源裝置和真空裝置分別與等離子體產(chǎn)生腔體連接，真空裝置用于對(duì)等離子體產(chǎn)生腔體進(jìn)行抽氣和充氣，調(diào)整腔體內(nèi)氣壓和氣體組分；電源裝置用于對(duì)等離子體產(chǎn)生腔體內(nèi)的氣體做功，產(chǎn)生等離子體，其特征在于，還包括一個(gè)診斷裝置和一個(gè)控制裝置，診斷裝置與等離子體產(chǎn)生腔體連接，控制裝置分別與診斷裝置、電源裝置和真空裝置連接；診斷裝置用于測(cè)量出等離子體產(chǎn)生腔體內(nèi)部的等離子體電子密度值，并將該測(cè)量值輸出給控制裝置；控制裝置將等離子體電子密度值與預(yù)設(shè)的電子密度值比較，并根據(jù)比較的差值正負(fù)號(hào)和絕對(duì)值大小，輸出電壓或氣壓控制信號(hào)，調(diào)節(jié)電源裝置的輸出功率或真空裝置的設(shè)定氣壓值，使等離子體電子密度穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)。上述大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，其中所述的等離子體產(chǎn)生腔體包括圓柱形殼體、觀察窗、活頁(yè)窗和網(wǎng)狀放電電極；觀察窗和活頁(yè)窗分別固定于該圓柱形殼體兩側(cè)；該網(wǎng)狀放電電極為圓環(huán)形，與圓柱形殼體同軸放置，并通過(guò)絕緣膠柱固定于圓柱形殼體內(nèi)壁，與內(nèi)壁間距為2 5cm。上述大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，其中所述的活頁(yè)窗采用鉸鏈和緊固旋鈕與圓柱形殼體固定，并通過(guò)擠壓密封膠墊進(jìn)行密封。上述大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，其中所述的圓柱形殼體開(kāi)有抽氣孔、充氣孔、電極通孔和靜電探針通孔；該抽氣孔和充氣孔分別位于圓柱形殼體環(huán)形外壁相對(duì)的兩側(cè)，并分別連接到真空裝置，作為對(duì)等離子體產(chǎn)生腔體抽氣和充氣的通孔；該電極通孔用于連接網(wǎng)狀放電電極和電源裝置的高壓輸出端；該靜電探針通孔上固定有一個(gè)靜電探針，該靜電探針的尖端通過(guò)靜電探針通孔伸入到等離子體產(chǎn)生腔體內(nèi)部。上述大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，其中所述的網(wǎng)狀放電電極在與靜電探針通孔正對(duì)的位置處設(shè)有一個(gè)通孔，靜電探針的尖端通過(guò)該通孔伸入到網(wǎng)狀放電電極內(nèi)部，并與網(wǎng)狀放電電極保持2 5cm的間距。上述大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，其中所述的診斷裝置包括測(cè)量單元和光電轉(zhuǎn)換單元，該測(cè)量單元通過(guò)屏蔽電纜與靜電探針連接；測(cè)量單元通過(guò)靜電探針對(duì)等離子體的電子密度值進(jìn)行測(cè)量，并將該測(cè)量值輸出給該光電轉(zhuǎn)換單元，光電轉(zhuǎn)換單元將等離子體的電子密度值轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過(guò)光纖傳遞給控制裝置。上述大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，其中所述的電源裝置包括直流電壓源、高頻斬波電路、隔直電容、高頻變壓器和諧振電感；該直流電壓源根據(jù)控制裝置的電壓設(shè)定值輸出直流電壓，為高頻斬波電路供電，高頻斬波電路將直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻方波，并通過(guò)隔直電容與高頻變壓器的初級(jí)線圈連接，高頻變壓器次級(jí)線圈的一端與該諧振電感連接，另一端連接到地，諧振電感的另一端通過(guò)電極通孔連接到等離子體產(chǎn)生腔體的網(wǎng)狀放電電極。上述大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，其中所述的真空裝置包括針閥、氣罐、抽氣泵、真空計(jì)和真空調(diào)節(jié)單元；該氣罐通過(guò)該針閥與充氣孔連接，該抽氣泵與抽氣孔連接，該真空計(jì)連接在抽氣泵和抽氣孔之間，真空計(jì)用于測(cè)量等離子體產(chǎn)生腔體內(nèi)的氣壓，并將該測(cè)量值輸出給該真空調(diào)節(jié)單元，真空調(diào)節(jié)單元將接收自控制裝置的設(shè)定氣壓值與氣壓測(cè)量值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值調(diào)節(jié)抽氣泵的抽氣速率，使等離子體產(chǎn)生腔體內(nèi)的氣壓穩(wěn)定在設(shè)定氣壓值范圍內(nèi)。上述大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，其中所述的控制裝置包括控制單元和接口單元；接口單元接收光電轉(zhuǎn)換單元的光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為等離子體電子密度值輸出給控制單元，控制單元將該電子密度值與預(yù)設(shè)的電子密度值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值的正負(fù)號(hào)和絕對(duì)值大小輸出電壓控制信號(hào)或氣壓控制信號(hào)給接口單元，接口單元將電壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)通過(guò)光纖傳遞給直流電壓源，將氣壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為總線信號(hào)并通過(guò)總線傳遞給真空調(diào)節(jié)單元。相比現(xiàn)有的地面等離子體裝置，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、采用控制裝置實(shí)時(shí)讀取診斷裝置測(cè)量出的等離子體電子密度值，并對(duì)電源裝置的輸出功率和等離子體產(chǎn)生腔體的氣壓進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了電子密度的反饋閉環(huán)控制，大大提高了等離子體電子密度的穩(wěn)定性。2、采用診斷裝置直接測(cè)量等離子體電子密度，消除了由功率或電極電壓間接推導(dǎo)電子密度引起的誤差，極大地提高了等離子體電子密度的控制精度。3、針對(duì)等離子體的電子密度主要受功率和氣壓影響的特性，通過(guò)控制裝置控制電源裝置的輸出功率和真空裝置的設(shè)定氣壓值在設(shè)定范圍內(nèi)連續(xù)變化，實(shí)現(xiàn)了等離子體電子密度的連續(xù)可調(diào)。4、控制裝置采用光纖與診斷裝置和電源裝置這些含有高壓的部分隔離，保證了操作人員及控制裝置安全。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明


附圖1是現(xiàn)有的大面積均勻等離子體產(chǎn)生裝置示意圖；附圖2是本發(fā)明大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式參照附圖2，本發(fā)明的大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，包括等離子體產(chǎn)生腔體1、診斷裝置2、電源裝置3、真空裝置4和控制裝置5，該診斷裝置2、電源裝置3和真空裝置4分別與等離子體產(chǎn)生腔體1連接，該控制裝置5分別與診斷裝置2、電源裝置3和真空裝置4連接，其中等離子體產(chǎn)生腔體1包括圓柱形殼體114、觀察窗105、活頁(yè)窗106、網(wǎng)狀放電電極101、抽氣孔102、充氣孔103、電極通孔104、緊固旋鈕107、鉸鏈108、密封膠墊109、絕緣膠柱110、靜電探針通孔111、靜電探針112和通孔113 ；診斷裝置2，包括測(cè)量單元201和光電轉(zhuǎn)換單元202，其中測(cè)量單元采用英國(guó)HIDEN公司ESPION型號(hào)的等離子體電子密度測(cè)量模塊，測(cè)量精度可達(dá)107cm-3 ；電源裝置3，包括直流電壓源301、高頻斬波電路302、隔直電容303、高頻變壓器304和諧振電感305，該直流電壓源301的輸出電壓范圍是150V 300V，該高頻斬波電路302采用全橋電路，輸出頻率為30kHz，該高頻變壓器304的初次級(jí)電壓比為1 2;真空裝置4，包括針閥401、氣罐402、抽氣泵403、真空計(jì)404和真空調(diào)節(jié)單元405 ；控制裝置5，包括控制單元501、接口單元502、光纖503和總線504。上述部件之間的詳細(xì)連接關(guān)系如下所述等離子體產(chǎn)生腔體1的觀察窗105和活頁(yè)窗106分別固定于圓柱形殼體114兩側(cè)，活頁(yè)窗106通過(guò)鉸鏈108與圓柱形殼體114連接，并可以打開(kāi)，系統(tǒng)工作時(shí)，利用緊固旋鈕107將活頁(yè)窗106固定在圓柱形殼體114上，并通過(guò)擠壓密封膠墊109進(jìn)行密封。等離子體產(chǎn)生腔體1的圓柱形殼體114環(huán)形外壁的上側(cè)開(kāi)有抽氣孔102和靜電探針通孔111，下側(cè)開(kāi)有充氣孔103和電極通孔104，該抽氣孔102和充氣孔103分別連接到真空裝置4的抽氣泵403和針閥401，作為對(duì)等離子體產(chǎn)生腔體1抽氣和充氣的通孔；電極通孔104用于連接網(wǎng)狀放電電極101和電源裝置3的諧振電感305，并在連接完成后進(jìn)行絕緣密封處理；靜電探針通孔111上固定有一個(gè)靜電探針112，該靜電探針112的尖端通過(guò)靜電探針通孔伸入到等離子體產(chǎn)生腔體1內(nèi)部。等離子體產(chǎn)生腔體1的網(wǎng)狀放電電極101為圓環(huán)形，與圓柱形殼體114同軸放置，并通過(guò)絕緣膠柱110固定于圓柱形殼體114內(nèi)壁，與內(nèi)壁間距為2 5cm，本實(shí)例為3cm。網(wǎng)狀放電電極101在與靜電探針通孔111正對(duì)的位置處設(shè)有一個(gè)直徑4 IOcm的通孔113，本實(shí)例為6cm，靜電探針112的尖端通過(guò)該通孔113伸入到網(wǎng)狀放電電極101內(nèi)部，并與網(wǎng)狀放電電極101保持2 5cm的間距，本實(shí)例為3cm。所述診斷裝置2的測(cè)量單元201通過(guò)屏蔽電纜與等離子體產(chǎn)生腔體1的靜電探針112連接；測(cè)量單元201通過(guò)靜電探針112對(duì)等離子體的電子密度值進(jìn)行測(cè)量，并將該測(cè)量值輸出給光電轉(zhuǎn)換單元202，光電轉(zhuǎn)換單元202將等離子體的電子密度值轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并通過(guò)光纖503傳遞給控制裝置5的接口單元502。所述電源裝置3的直流電壓源301根據(jù)控制裝置5的電壓設(shè)定值輸出直流電壓，為高頻斬波電路302供電，高頻斬波電路302將直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻方波，并通過(guò)隔直電容303與高頻變壓器304的初級(jí)線圈連接，高頻變壓器304次級(jí)線圈的一端與該諧振電感305連接，另一端連接到地，諧振電感305的另一端通過(guò)電極通孔104連接到等離子體產(chǎn)生腔體1的網(wǎng)狀放電電極101。所述真空裝置4的氣罐402通過(guò)針閥401與等離子體產(chǎn)生腔體1的充氣孔103連接，抽氣泵403與等離子體產(chǎn)生腔體1的抽氣孔103連接，真空計(jì)404連接在抽氣泵403和抽氣孔103之間，真空計(jì)404用于測(cè)量等離子體產(chǎn)生腔體1內(nèi)的氣壓，并將該測(cè)量值輸出給真空調(diào)節(jié)單元405，真空調(diào)節(jié)單元405將接收自控制裝置5的設(shè)定氣壓值與氣壓測(cè)量值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值調(diào)節(jié)抽氣泵403的抽氣速率，使等離子體產(chǎn)生腔體1內(nèi)的氣壓穩(wěn)定在設(shè)定氣壓值范圍內(nèi)，設(shè)定氣壓值范圍為151 lOOPa。所述控制裝置5的接口單元502接收光電轉(zhuǎn)換單元202的光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為等離子體電子密度值輸出給控制單元501，控制單元501將該電子密度值與預(yù)設(shè)的電子密度值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值的正負(fù)號(hào)和絕對(duì)值大小輸出電壓控制信號(hào)或氣壓控制信號(hào)給接口單元502，接口單元502將電壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)通過(guò)光纖503傳遞給直流電壓源301，將氣壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為總線信號(hào)并通過(guò)總線504傳遞給真空調(diào)節(jié)單元405，其中電子密度的預(yù)設(shè)值范圍為108cm-3 1012cm-3。本發(fā)明的工作原理如下首先，將活頁(yè)窗106閉合，擰緊緊固旋鈕107，使活頁(yè)窗106擠壓密封膠條109實(shí)現(xiàn)密封，控制裝置5設(shè)定真空調(diào)節(jié)單元405維持氣壓為20Pa，抽氣泵403被打開(kāi)，開(kāi)始抽氣，真空計(jì)404顯示等離子體產(chǎn)生腔體1內(nèi)的氣壓值，當(dāng)氣壓穩(wěn)定在20 時(shí)，打開(kāi)針閥401，向等離子體產(chǎn)生腔體1內(nèi)充入惰性氣體，此時(shí)氣壓開(kāi)始上升，繼續(xù)抽氣，使腔體內(nèi)充滿惰性氣體；當(dāng)氣壓再次維持在20 時(shí)，控制裝置5設(shè)定直流電壓源301輸出300V直流電壓；此時(shí)，網(wǎng)狀放電電極101和圓柱形殼體114內(nèi)壁可等效為一個(gè)電容，與諧振電感305 —起工作，使網(wǎng)狀放電電極101和圓柱形殼體114內(nèi)壁之間的電壓迅速升高，并形成徑向的電場(chǎng)，氣體中少量的自由電子被該電場(chǎng)加速，并與氣體中的原子和分子發(fā)生碰撞，將自身的動(dòng)能傳遞給原子、分子，使其電離出自由電子和正離子來(lái)，從而使電子密度增加，電子密度的增加同時(shí)也會(huì)增大電子與離子復(fù)合的速率，最終，電子的產(chǎn)生速率和消失速率達(dá)到平衡，電子密度穩(wěn)定下來(lái)。此時(shí)，等離子體產(chǎn)生腔體1內(nèi)的氣體被電離，實(shí)現(xiàn)了輝光放電。由于等離子體產(chǎn)生腔體1內(nèi)氣壓很低，電子自由程很長(zhǎng)，電子會(huì)通過(guò)網(wǎng)狀放電電極101的網(wǎng)孔擴(kuò)散到環(huán)形網(wǎng)狀放電電極101內(nèi)部，形成大面積均勻等離子體。在工作過(guò)程中，診斷裝置2每間隔一秒鐘向控制裝置5傳輸一次測(cè)得的電子密度值，控制裝置5將該電子密度測(cè)量值與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，若電子密度測(cè)量值小于預(yù)設(shè)值，則提高直流電壓源301的輸出電壓，若直流電壓源的輸出電壓已經(jīng)最高，則降低等離子體產(chǎn)生腔體1內(nèi)的氣壓；反之，則降低直流電壓源301的輸出電壓，若直流電壓源301的輸出電壓已經(jīng)最小，則提高等離子體產(chǎn)生腔體1內(nèi)的氣壓；直到電子密度值穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值的容差范圍內(nèi)時(shí)停止調(diào)節(jié)。系統(tǒng)中，通過(guò)控制裝置5對(duì)等離子體的電子密度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，電子密度的控制精度可以達(dá)到107cm-3，并能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，同時(shí)等離子體產(chǎn)生腔體1的觀察窗105、活頁(yè)窗106和空腔一起構(gòu)成了電磁波傳輸路徑，中間沒(méi)有金屬介質(zhì)阻擋，因此可用于進(jìn)行電磁波在不同電子密度等離子體中的傳播實(shí)驗(yàn)。以上實(shí)例僅是對(duì)本發(fā)明的參考說(shuō)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明內(nèi)容的任何限制。
權(quán)利要求
1.一種大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，包括等離子體產(chǎn)生腔體(1)、電源裝置(3)和真空裝置G)，電源裝置(3)和真空裝置(4)分別與等離子體產(chǎn)生腔體(1)連接，真空裝置(4)用于對(duì)等離子體產(chǎn)生腔體(1)進(jìn)行抽氣和充氣，調(diào)整腔體內(nèi)氣壓和氣體組分；電源裝置(3)用于對(duì)等離子體產(chǎn)生腔體(1)內(nèi)的氣體做功，產(chǎn)生等離子體，其特征在于，還包括一個(gè)診斷裝置( 和一個(gè)控制裝置(5)，該診斷裝置O)與等離子體產(chǎn)生腔體(1)連接，該控制裝置(5)分別與診斷裝置O)、電源裝置(3)和真空裝置(4)連接；診斷裝置(2)用于測(cè)量出等離子體產(chǎn)生腔體(1)內(nèi)部的等離子體電子密度值，并將該測(cè)量值輸出給控制裝置(5)；控制裝置( 將等離子體電子密度值與預(yù)設(shè)的電子密度值比較，并根據(jù)比較的差值正負(fù)號(hào)和絕對(duì)值大小，輸出電壓或氣壓控制信號(hào)，調(diào)節(jié)電源裝置(3)的輸出功率或真空裝置的設(shè)定氣壓值，使等離子體電子密度穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，其特征在于等離子體產(chǎn)生腔體(1)包括圓柱形殼體(114)、觀察窗(105)、活頁(yè)窗(106)和網(wǎng)狀放電電極(101)；該觀察窗(105)和活頁(yè)窗(106)分別固定于該圓柱形殼體(114)兩側(cè)；該網(wǎng)狀放電電極(101)為圓環(huán)形，與圓柱形殼體(114)同軸放置，并通過(guò)絕緣膠柱(110)固定于圓柱形殼體(114)內(nèi)壁，與內(nèi)壁間距為2 5cm。
3.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求2所述的大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，其特征在于活頁(yè)窗(106)采用鉸鏈(108)和緊固旋鈕(107)與圓柱形殼體(114)固定，并通過(guò)擠壓密封膠墊(109)進(jìn)行密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，其特征在于圓柱形殼體(114)開(kāi)有抽氣孔(102)、充氣孔(103)、電極通孔(104)和靜電探針通孔(111)；該抽氣孔(10 和充氣孔(10 分別位于圓柱形殼體(114)環(huán)形外壁相對(duì)的兩側(cè)，并分別連接到真空裝置G)，作為對(duì)等離子體產(chǎn)生腔體(1)抽氣和充氣的通孔；該電極通孔(104)用于連接網(wǎng)狀放電電極(101)和電源裝置(3)的高壓輸出端；該靜電探針通孔(111)上固定有一個(gè)靜電探針(112)，該靜電探針(11 的尖端通過(guò)靜電探針通孔伸入到等離子體產(chǎn)生腔體(1)內(nèi)部。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，其特征在于，網(wǎng)狀放電電極(101)在與靜電探針通孔(111)正對(duì)的位置處設(shè)有一個(gè)通孔(113)，靜電探針(112)的尖端通過(guò)該通孔(113)伸入到網(wǎng)狀放電電極(101)內(nèi)部，并與網(wǎng)狀放電電極(101)保持2 5cm的間距。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，其特征在于，診斷裝置( 包括測(cè)量單元(201)和光電轉(zhuǎn)換單元002)，該測(cè)量單元(201)通過(guò)屏蔽電纜與靜電探針(11 連接；測(cè)量單元O01)通過(guò)靜電探針(11 對(duì)等離子體的電子密度值進(jìn)行測(cè)量，并將該測(cè)量值輸出給該光電轉(zhuǎn)換單元002)，光電轉(zhuǎn)換單元(20 將等離子體的電子密度值轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，通過(guò)光纖(50 傳遞給控制裝置(5)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，其特征在于電源裝置(3)包括直流電壓源(301)、高頻斬波電路(302)、隔直電容(30 、高頻變壓器(304)和諧振電感(305)；該直流電壓源(301)根據(jù)控制裝置(5)的電壓設(shè)定值輸出直流電壓，為高頻斬波電路(302)供電，高頻斬波電路(30 將直流電壓轉(zhuǎn)換為高頻方波，并通過(guò)隔直電容(30 與高頻變壓器(304)的初級(jí)線圈連接，高頻變壓器(304)次級(jí)線圈的一端與該諧振電感(305)連接，另一端連接到地，諧振電感(305)的另一端通過(guò)電極通孔(104)連接到等離子體產(chǎn)生腔體(1)的網(wǎng)狀放電電極(101)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，其特征在于真空裝置(4)包括針閥001)、氣罐002)、抽氣泵003)、真空計(jì)(404)和真空調(diào)節(jié)單元(405)；該氣罐(40 通過(guò)該針閥001)與充氣孔(10 連接，該抽氣泵003)與抽氣孔(103)連接，該真空計(jì)(404)連接在抽氣泵(403)和抽氣孔(103)之間，真空計(jì)(404)用于測(cè)量等離子體產(chǎn)生腔體(1)內(nèi)的氣壓，并將該測(cè)量值輸出給該真空調(diào)節(jié)單元005)，真空調(diào)節(jié)單元(40 將接收自控制裝置(5)的設(shè)定氣壓值與氣壓測(cè)量值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值調(diào)節(jié)抽氣泵(40 的抽氣速率，使等離子體產(chǎn)生腔體(1)內(nèi)的氣壓穩(wěn)定在設(shè)定氣壓值范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，其特征在于，控制裝置(5)包括控制單元(501)和接口單元(502)；接口單元(502)接收光電轉(zhuǎn)換單元(2)的光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為等離子體電子密度值輸出給控制單元(501)，控制單元(501)將該電子密度值與預(yù)設(shè)的電子密度值進(jìn)行比較，并根據(jù)差值的正負(fù)號(hào)和絕對(duì)值大小輸出電壓控制信號(hào)或氣壓控制信號(hào)給接口單元(502)，接口單元(50 將電壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)通過(guò)光纖(503)傳遞給直流電壓源(301)，將氣壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為總線信號(hào)并通過(guò)總線(504)傳遞給真空調(diào)節(jié)單元(405)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種大面積均勻等離子體電子密度控制系統(tǒng)，主要解決目前等離子體電磁波傳播實(shí)驗(yàn)裝置中電子密度不可連續(xù)調(diào)節(jié)、長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定性差和控制精度低的問(wèn)題。整個(gè)系統(tǒng)包括等離子體產(chǎn)生腔體(1)、診斷裝置(2)、電源裝置(3)、真空裝置(4)和控制裝置(5)，控制裝置(5)通過(guò)讀取診斷裝置(2)測(cè)得的電子密度值，與預(yù)設(shè)的電子密度值比較，并根據(jù)比較的差值輸出電壓或氣壓控制信號(hào)，調(diào)節(jié)電源裝置(3)的輸出功率或真空裝置(4)的設(shè)定氣壓值，使等離子體電子密度穩(wěn)定在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)。本發(fā)明利用反饋控制原理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大面積均勻等離子體中電子密度的調(diào)節(jié)與穩(wěn)定，可用于進(jìn)行電磁波在不同電子密度等離子體中的傳播實(shí)驗(yàn)。
文檔編號(hào)H05H1/00GK102573257SQ20121000636
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者劉東林, 劉彥明, 李小平, 楊敏, 石磊, 謝楷, 高平 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)